Redis 实现限流的三种方式

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所属分类:软件开发

面对越来越多的高并发场景,限流显示的尤为重要。

当然,限流有许多种实现的方式,Redis具有很强大的功能,我用Redis实践了三种的实现方式,可以较为简单的实现其方式。Redis不仅仅是可以做限流,还可以做数据统计,附近的人等功能,这些可能会后续写到。

 

第一种:基于Redis的setnx的操作

我们在使用Redis的分布式锁的时候,大家都知道是依靠了setnx的指令,在CAS(Compare and swap)的操作的时候,同时给指定的key设置了过期实践(expire),我们在限流的主要目的就是为了在单位时间内,有且仅有N数量的请求能够访问我的代码程序。所以依靠setnx可以很轻松的做到这方面的功能。

比如我们需要在10秒内限定20个请求,那么我们在setnx的时候可以设置过期时间10,当请求的setnx数量达到20时候即达到了限流效果。代码比较简单就不做展示了。

具体的setnx用法可以参照我另一篇博客  RedisTemplate下Redis分布式锁引发的系列问题

当然这种做法的弊端是很多的,比如当统计1-10秒的时候,无法统计2-11秒之内,如果需要统计N秒内的M个请求,那么我们的Redis中需要保持N个key等等问题

第二种:基于Redis的数据结构zset

其实限流涉及的最主要的就是滑动窗口,上面也提到1-10怎么变成2-11。其实也就是起始值和末端值都各+1即可。

而我们如果用Redis的list数据结构可以轻而易举的实现该功能

我们可以将请求打造成一个zset数组,当每一次请求进来的时候,value保持唯一,可以用UUID生成,而score可以用当前时间戳表示,因为score我们可以用来计算当前时间戳之内有多少的请求数量。而zset数据结构也提供了range方法让我们可以很轻易的获取到2个时间戳内有多少请求

代码如下

  1. public Response limitFlow(){
  2. Long currentTime = new Date().getTime();
  3. System.out.println(currentTime);
  4. if(redisTemplate.hasKey("limit")) {
  5. Integer count = redisTemplate.opsForZSet().rangeByScore("limit", currentTime - intervalTime, currentTime).size(); // intervalTime是限流的时间
  6. System.out.println(count);
  7. if (count != null && count > 5) {
  8. return Response.ok("每分钟最多只能访问5次");
  9. }
  10. }
  11. redisTemplate.opsForZSet().add("limit",UUID.randomUUID().toString(),currentTime);
  12. return Response.ok("访问成功");
  13. }

通过上述代码可以做到滑动窗口的效果,并且能保证每N秒内至多M个请求,缺点就是zset的数据结构会越来越大。实现方式相对也是比较简单的。

第三种:基于Redis的令牌桶算法

提到限流就不得不提到令牌桶算法了。令牌桶算法又称之为水桶算法,具体可以参照度娘的解释  令牌桶算法

令牌桶算法提及到输入速率和输出速率,当输出速率大于输入速率,那么就是超出流量限制了。

也就是说我们每访问一次请求的时候,可以从Redis中获取一个令牌,如果拿到令牌了,那就说明没超出限制,而如果拿不到,则结果相反。

依靠上述的思想,我们可以结合Redis的List数据结构很轻易的做到这样的代码

依靠List的leftPop来获取令牌

  1. // 输出令牌
  2. public Response limitFlow2(Long id){
  3. Object result = redisTemplate.opsForList().leftPop("limit_list");
  4. if(result == null){
  5. return Response.ok("当前令牌桶中无令牌");
  6. }
  7. return Response.ok(articleDescription2);
  8. }

再依靠Java的定时任务,定时往List中rightPush令牌,当然令牌也需要唯一性,所以我这里还是用UUID进行了生成

  1. // 10S的速率往令牌桶中添加UUID,只为保证唯一性
  2. @Scheduled(fixedDelay = 10_000,initialDelay = 0)
  3. public void setIntervalTimeTask(){
  4. redisTemplate.opsForList().rightPush("limit_list",UUID.randomUUID().toString());
  5. }

综上,代码实现起始都不是很难,针对这些限流方式我们可以在AOP或者filter中加入以上代码,用来做到接口的限流,最终保护你的网站。

Redis其实还有很多其他的用处,他的作用不仅仅是缓存,分布式锁的作用。他的数据结构也不仅仅是只有String,Hash,List,Set,Zset。有兴趣的可以后续了解下他的GeoHash算法;BitMap,HLL以及布隆过滤器数据(Redis4.0之后加入,可以用Docker直接安装redislabs/rebloom)结构。目前我也已经把这些Redis的其他作用都用在了我自己的博客网站(前端技术较渣,没时间研究怎么把文章爬虫下来用MarkDown展示,有会的大佬可以指教下)。

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